Устройство релейной защиты для сетей с маломощными источниками электроэнергии Российский патент 2023 года по МПК H02H3/08 H02B13/00 

Изобретение относится к электроэнергетике, автоматизации систем электроснабжения 0,4 кВ, в частности, к системам отключения короткого замыкания во внутридомовой сети электроснабжения и может быть использовано для обеспечения чувствительности комплекса аппаратуры электрического щита 0,4 кВ ввода при переводе питания от общепромышленной сети на собственный маломощный источник электроэнергии.

При питании от внешней электрической сети энергоснабжающей организации токи в режимах короткого замыкания (КЗ), как правило, на порядок больше максимального рабочего, поэтому применяются автоматические выключатели с быстродействующей токовой отсечкой и время-токовой характеристикой разных типов. Автоматические выключатели, как правило, устанавливаются в электрический щиток на границе вводного питающего кабеля и проводки дома или квартиры. При переводе питания от сети на собственный маломощный генератор (бензиновый, дизельный или газовый) или источники возобновляемой энергетики с накопителями и инвертором (далее - резервные маломощные источники), токи КЗ оказываются ограничены и превосходят рабочий номинальной ток всего лишь на несколько десятков процентов, например на 10-25%. Это объясняется малой мощностью резервных источников и приводит к потере чувствительности к токам КЗ автоматических выключателей в типовом комплекте аппаратуры электрического щита (далее - щиток). Установленные в щитке автоматические выключатели при длительных перегрузках так же, как и в режиме КЗ, не успеют отключить потребителя до возникновения аварийной ситуации (пожара), так как при таких токах аппаратура окажется нечувствительной или сработает с очень большим замедлением. Самостоятельно откалибровать уставки уже смонтированных в щиток автоматических выключателей, как известно, не представляется возможным, так как для большинства из них этого не предусмотрено самой конструкцией автомата.

Известен автоматический выключатель (Патент RU № 2074441, публ. 10.06.1996, МПК Н01Н73/18), содержащий расположенные в корпусе неподвижный контактодержатель, подвижный контактодержатель, кнопку включения с траверсой и пружиной контактного нажатия, кнопку отключения, тепловой расцепитель максимального тока, электромагнитный расцепитель максимального тока с поворотным якорем и механизм свободного расцепления, состоящий из поворотного расцепляющего рычага, имеющего возможность входить в зацепление с поворотным якорем электромагнитного расцепителя, при этом выключатель снабжен подпружиненным рычагом, установленным в корпусе между якорем и расцепляющим рычагом, подвижный контактодержатель снабжен сквозным открытым пазом, расцепляющий рычаг двумя продольными пазами, соосными сквозному открытому пазу подвижного контактодержателя, на расцепляющем рычаге и подвижном контактодержателе выполнены пуклевки, а траверса кнопки включения выполнена в форме плоского трезубца, крайними зубцами пропущена через продольные пазы расцепляющего рычага, средним зубцом поджата к расцепляющему рычагу так, что один крайний зубец входит в пружину контактного нажатия, другой крайний зубец в зацепление с подпружиненным рычагом, а расцепляющий рычаг с подвижным контактодержателем контактируют и образуют пуклевками сферический шарнир.

Недостатками настоящего технического решения являются сложность конструкции, ограниченная область применения из-за диапазона исполнений выключателя только в сторону больших токов, необходимость пересчёта токов короткого замыкания для выбора уставок автоматических выключателей и длительный процесс установки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство релейной защиты для сетей с маломощными источниками электроэнергии (публ. DE № 102006030671, опубл. 10.01.2008, МПК H01H71/08), содержащее блок обеспечения чувствительности, включающий электронный детектор для обнаружения тока повреждения на стороне нагрузки, данный блок установлен на защищаемой фазе и соединен с блоком питания устройства, который состоит из конденсаторной батареи, энергии которой достаточно для питания блока отключения нагрузки. Измерительный орган устройства, выполненный в виде катушки (трансформатора тока), установлен на защищаемой фазе и соединен с блоком обеспечения чувствительности при превышении заданного порога силы тока (уставки) через электрическую связь передают соответствующий сигнал в замыкающий орган, выполненный в виде короткозамыкающих соединительных стержней, которые при активации замыкаются на срок до 50 мс. Указанные выше блоки образуют устройство, которое при коротком замыкании на одной из фаз замыкают сразу 3 фазы. Данное изобретение относится к автоматическому выключателю, в котором на стороне нагрузки на соединительных шинах питания имеется устройство короткого замыкания, расположенное для создания короткого замыкания между шинами питания. Изобретение объединяет автоматический выключатель с устройством короткого замыкания, так что получается упрощенная система обнаружения короткого замыкания. Посредством измерительно-срабатывающего органа, присоединенного к трем фазам, подается сигнал на замыкающий орган. Таким образом, данное изобретение является целостным устройством с автоматическим выключателем, представлено в трехфазном исполнении, измерительно-срабатывающий орган выполнен электромеханическим с единственным значением параметров срабатывания (уставки).

Недостатками настоящего технического решения являются узкая область применения из-за реализации только одного значения уставки срабатывания, сложность конструкции, неудобство монтажа и применения из-за необходимости полной замены имеющихся защитных выключателей на новое устройство защиты.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение адаптирования устройства защиты под различную мощность маломощных источников питания.

Технический результат заключается в расширении области применения, упрощении конструкции, монтажа и применения устройства релейной защиты с обеспечением селективности при питании от маломощных источников электроэнергии.

Это достигается тем, что известное устройство релейной защиты для сетей с маломощными источниками электроэнергии, содержащее модуль обеспечения чувствительности, включающий в себя измерительно-срабатывающий орган и первый замыкающий орган, снабжено дополнительными модулями обеспечения чувствительности, а также модулями отключения потребителей избыточной нагрузки и блоком питания, причем количество модулей обеспечения чувствительности и модулей отключения потребителей избыточной нагрузки соответствует количеству групп нагрузки потребителя, на которых установлены дифференциальные автоматы, при этом все модули обеспечения чувствительности выполнены идентично, их измерительно-срабатывающий орган установлен в фазе L цепи питания ответственной нагрузки и его вход подключен к первому выходу блока питания, выход измерительно-срабатывающего органа подключен к первому входу первого замыкающего органа, второй вход которого подключен к фазе L цепи питания ответственной нагрузки, а выход - к нулевому рабочему проводнику N той же цепи на выходе из дифференциального автомата ответственной нагрузки, все модули отключения потребителей избыточной нагрузки выполнены идентично и включают второй замыкающий орган, первый вход которого подключен ко второму выходу блока питания, второй вход подсоединен к фазе L цепи питания избыточной нагрузки, а выход - к нулевому рабочему проводнику N той же цепи на выходе из дифференциального автомата избыточной нагрузки, вход блока питания выполнен с возможностью подключения к рубильнику, установленному в электрическом щите и выполненному с возможностью подключения проводов питания от общепромышленной сети и проводов питания от резервного маломощного источника электроэнергии, измерительно-срабатывающий орган представляет собой микропроцессор, выполненный с возможностью загрузки и обновления значения тока уставки резервного маломощного источника электроэнергии посредством USB-порта, расположенного на поверхности модуля обеспечения чувствительности. При этом первый и второй замыкающие органы представляют собой идентичные магнитные расцепители. Модуль обеспечения чувствительности, модуль отключения потребителей избыточной нагрузки и блок питания выполнены с возможностью установки в электрическом щите.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого устройства релейной защиты для сетей с маломощными источниками электроэнергии, на фиг. 2 представлена схема подключения предлагаемого устройства к комплекту аппаратуры электрического щита.

Устройство релейной защиты для сетей с маломощными источниками электроэнергии содержит К модулей обеспечения чувствительности (МОЧ) 1, М модулей отключения потребителей избыточной нагрузки (МОПИН) 2 и блок питания (БП) 3. При этом каждый модуль обеспечения чувствительности 1 включает в себя измерительно-срабатывающий орган (ИСО) 4 и первый замыкающий орган (ЗО1) 5. Причем измерительно-срабатывающий орган 4 установлен в фазе L цепи питания ответственной нагрузки 6 и его вход подключен к первому выходу блока питания 3. Выход измерительно-срабатывающего органа 4 подключен к первому входу первого замыкающего органа 5, второй вход которого подключен к фазе L цепи питания ответственной нагрузки 6, а выход - к нулевому рабочему проводнику N той же цепи на выходе из дифференциального автомата (ДА) ответственной нагрузки 7.

Каждый модуль отключения потребителей избыточной нагрузки 2 включает второй замыкающий орган (ЗО2) 8, первый вход которого подключен ко второму выходу блока питания 3, второй вход подсоединен к фазе L цепи питания избыточной нагрузки 9, а выход - к нулевому рабочему проводнику N той же цепи на выходе из дифференциального автомата (ДА) избыточной нагрузки 10.

Вход блока питания (БП) 3 подключен к рубильнику (Р) 11, выполненному с возможностью подключения проводов питания от общепромышленной сети 12 и проводов питания от резервного маломощного источника электроэнергии 13.

На поверхности модуля обеспечения чувствительности 1 расположен USB-порт 14.

Измерительно-срабатывающий орган 4 представляет собой микропроцессор (содержащий преобразователь тока), выполненный с возможностью загрузки и обновления значения тока уставки, соответствующего конкретному устанавливаемому резервному маломощному источнику электроэнергии 13 (электрогенератору), посредством USB-порта 14.

Первый 5 и второй 8 замыкающие органы представляют собой идентичные магнитные расцепители.

Количество К модулей обеспечения чувствительности 1, а также количество М модулей отключения потребителей избыточной нагрузки 2 выбирается в соответствии с количеством групп нагрузки потребителя (приоритетной и избыточной), на которых установлены дифференциальные автоматы.

Модуль обеспечения чувствительности 1, модуль отключения потребителей избыточной нагрузки 2 и блок питания 3 установлены в электрическом щите 15.

Устройство релейной защиты для сетей с маломощными источниками электроэнергии работает следующим образом.

При питании от общепромышленной сети 12 рубильник 11 установлен в положении «питание от сети», при котором цепи питания ответственной нагрузки 6 и избыточной нагрузки 9 подключены к проводам питания от общепромышленной сети 12. При этом блок питания 3 подключен к общепромышленной сети 12 и накапливает энергию для последующего питания модуля обеспечения чувствительности 1 и модуля отключения потребителей избыточной нагрузки 2. Устройство релейной защиты при этом не функционирует.

При переходе на резервный маломощный источник энергии 13 рубильник 11 переводят в положение «питание от маломощного источника энергии», при этом блок питания 3 перестает получать электропитание и переходит в режим источника электропитания для модуля обеспечения чувствительности 1 и модуля отключения потребителей избыточной нагрузки 2.

При этом измерительно-срабатывающий орган 4 непрерывно измеряет ток в фазе L цепи питания приоритетной нагрузки 6 и сравнивает его с установленным в нем значением тока уставки маломощного источника электроэнергии 13. Установку значения тока уставки в измерительно-срабатывающий орган 4 осуществляет оператор посредством USB-порта 14 при монтаже предлагаемого устройства релейной защиты к комплекту аппаратуры электрического щита 15.

Если ток в фазе L цепи питания ответственной нагрузки 6 не превышает значение тока уставки, то потребители получают электропитание от маломощного источника электроэнергии 13, фаза L которого проходит через рубильник 11, модуль отключения потребителей избыточной нагрузки 2 и дифференциальный автомат ответственной нагрузки 7 и подает питание в цепь приоритетной нагрузки 6.

При превышении измеренным током значения тока уставки измерительно-срабатывающий орган 4 подает сигнал на первый замыкающий орган 5, который замыкает входную фазу L дифференциального автомата ответственной нагрузки 7 и нейтраль на выходе дифференциального автомата приоритетной нагрузки 7, имитируя утечку тока, на которую срабатывает дифференциальный автомат приоритетной нагрузки 7 и отключает цепь приоритетной нагрузки 6.

Также при переходе на резервный маломощный источник энергии 13 блок питания 3 подает питание на модуль отключения потребителей избыточной нагрузки 2, после чего второй замыкающий орган 8 замыкает входную фазу L дифференциального автомата избыточной нагрузки 10 и нейтраль на выходе дифференциального автомата избыточной нагрузки 10, имитируя утечку тока, на которую срабатывает дифференциальный автомат избыточной нагрузки 10 и отключает цепь питания избыточной нагрузки 9 (теплый пол, кондиционер, неответственные насосы и т.п.).

При возвращении на питание от общепромышленной сети 12 рубильник 11 возвращают в положение «питание от сети», блок питания 3 начинает получать питание, переходит в режим подзаряда и перестает подавать питание на измерительно-срабатывающий орган 4 и второй замыкающий орган 8 и устройство для релейной защиты выключается из работы.

Таким образом, предлагаемое изобретение воздействуя на дифференциальный автомат избыточной-неприоритетной нагрузки 10, осуществляет ее (9) принудительное отключение при переходе на питание от резервного маломощного источника электроэнергии 13 для максимально эффективного электроснабжения приоритетной нагрузки 6. При этом изобретение реализует защиту от токов коротких замыканий для цепи приоритетной нагрузки 6 в режиме питания от резервного маломощного источника электроэнергии 13 посредством имитации тока утечки для дифференциального автомата приоритетной нагрузки 7, обеспечивая его срабатывание для отключения цепи приоритетной нагрузки 6, и тем, самым, предотвращая аварийную ситуацию вплоть до пожара.

Предлагаемое устройство релейной защиты является компактным и легко монтируется в дополнение к имеющемуся комплекту аппаратуры электрического щита 15, не требуя демонтажа каких-либо ранее установленных аппаратов (в отличие от устройства-прототипа, являющегося единым целым с автоматическим выключателем и требующего предварительного демонтажа имеющихся выключателей). Таким образом, предлагаемое устройство проще в установке, демонтаже, ремонте.

Также предлагаемое изобретение представлено в однофазном исполнении, что значительно упрощает его конструкцию и позволяет подключать пофазно дифференциальные автоматы в отличие от прототипа, выполненного исключительно в трехфазном исполнении.

В устройстве-прототипе измерительно-срабатывающий орган выполнен электромеханическим с единственным значением параметров срабатывания, а предлагаемое изобретение подразумевает использование микроконтроллера с возможностью установки различных параметров срабатывания (значений уставки), что позволяет существенно расширить его область применения за счет возможности использования с любым маломощным источником электроэнергии.

Наличие в предлагаемом изобретении модуля отключения потребителей избыточной нагрузки 2 позволяет энергоэффективнее использовать маломощный источник электроэнергии 13 для питания цепей ответственной нагрузки 6, обеспечивая селективность комплекта аппаратуры электрического щита 0,4 кВ.

Использование изобретения позволяет расширить область применения, упростить конструкцию, монтаж и использование устройства релейной защиты с обеспечением селективности при питании от маломощных источников электроэнергии.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к системам отключения короткого замыкания во внутридомовой сети электроснабжения. Техническим результатом является расширение области применения, упрощение конструкции, монтажа и применения устройства релейной защиты с обеспечением селективности и чувствительности комплекса аппаратуры электрического щита 0,4 кВ ввода при питании от маломощных источников электроэнергии. Известное устройство релейной защиты для сетей с маломощными источниками электроэнергии, содержащее модуль обеспечения чувствительности, включающий в себя измерительно-срабатывающий орган и первый замыкающий орган, снабжено дополнительными модулями обеспечения чувствительности, а также модулями отключения потребителей избыточной нагрузки и блоком питания. Количество модулей обеспечения чувствительности и модулей отключения потребителей избыточной нагрузки соответствует количеству групп нагрузки потребителя, на которых установлены дифференциальные автоматы. Все модули обеспечения чувствительности выполнены идентично, их измерительно-срабатывающий орган установлен в фазе L цепи питания ответственной нагрузки и его вход подключен к первому выходу блока питания. Выход измерительно-срабатывающего органа подключен к первому входу первого замыкающего органа, второй вход которого подключен к фазе L цепи питания ответственной нагрузки, а выход – к нулевому рабочему проводнику N той же цепи на выходе из дифференциального автомата ответственной нагрузки. Все модули отключения потребителей избыточной нагрузки выполнены идентично и включают второй замыкающий орган, первый вход которого подключен ко второму выходу блока питания, второй вход подсоединен к фазе L цепи питания избыточной нагрузки, а выход – к нулевому рабочему проводнику N той же цепи на выходе из дифференциального автомата избыточной нагрузки. Вход блока питания выполнен с возможностью подключения к рубильнику, установленному в электрическом щите и выполненному с возможностью подключения проводов питания от общепромышленной сети и проводов питания от резервного маломощного источника электроэнергии. Измерительно-срабатывающий орган представляет собой микропроцессор, выполненный с возможностью загрузки и обновления значения тока уставки резервного маломощного источника электроэнергии. При этом первый и второй замыкающие органы представляют собой идентичные магнитные расцепители. Модуль обеспечения чувствительности, модуль отключения потребителей избыточной нагрузки и блок питания выполнены с возможностью установки в электрическом щите. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство релейной защиты для сетей с маломощными источниками электроэнергии, содержащее модуль обеспечения чувствительности, включающий в себя измерительно-срабатывающий орган и первый замыкающий орган, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными модулями обеспечения чувствительности, а также модулями отключения потребителей избыточной нагрузки и блоком питания, причем количество модулей обеспечения чувствительности и модулей отключения потребителей избыточной нагрузки соответствует количеству групп нагрузки потребителя, на которых установлены дифференциальные автоматы, при этом все модули обеспечения чувствительности выполнены идентично, их измерительно-срабатывающий орган установлен в фазе L цепи питания ответственной нагрузки и его вход подключен к первому выходу блока питания, выход измерительно-срабатывающего органа подключен к первому входу первого замыкающего органа, второй вход которого подключен к фазе L цепи питания ответственной нагрузки, а выход – к нулевому рабочему проводнику N той же цепи на выходе из дифференциального автомата ответственной нагрузки, все модули отключения потребителей избыточной нагрузки выполнены идентично и включают второй замыкающий орган, первый вход которого подключен ко второму выходу блока питания, второй вход подсоединен к фазе L цепи питания избыточной нагрузки, а выход – к нулевому рабочему проводнику N той же цепи на выходе из дифференциального автомата избыточной нагрузки, вход блока питания выполнен с возможностью подключения к рубильнику, установленному в электрическом щите и выполненному с возможностью подключения проводов питания от общепромышленной сети и проводов питания от резервного маломощного источника электроэнергии, измерительно-срабатывающий орган представляет собой микропроцессор, выполненный с возможностью загрузки и обновления значения тока уставки резервного маломощного источника электроэнергии посредством USB-порта, расположенного на поверхности модуля обеспечения чувствительности.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй замыкающие органы представляют собой идентичные магнитные расцепители.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль обеспечения чувствительности, модуль отключения потребителей избыточной нагрузки и блок питания выполнены с возможностью установки в электрическом щите.